Открыт новый тип экстрахромосомной ДНК

Приборы для секвенирования ДНК в Объединенном институте генома (Joint Genome Institute), Калифорния, США. Секвенирование ДНК позволяет определить точный порядок четырех азотистых оснований, входящих в состав гена. Здесь ДНК разрезается на фрагменты и каждое основание помечается различными флуоресцентными красителями, так что их может различить детектор. (Фото: sciencephoto.com, C011/6490)

Группа ученых из Университета Вирджинии (University of Virginia) и Университета Северной Каролины (University of North Carolina) обнаружила в мышиных и человеческих клетках ранее неизвестный тип экстрахромосомных кольцевых молекул ДНК (extra-chromosomal circular DNA, eccDNA). Новый тип кольцевой ДНК назван микроДНК (microDNA). Это небольшие кольца, состоящие из 200-400 пар оснований. В отличие от других форм eccDNA последовательности пар оснований в микроДНК не повторяются и обычно ассоциированы с определенными генами. По мнению ученых, микроДНК могут быть результатом и побочным продуктом микроделеций в хромосомах, а это значит, что все клетки организма могут иметь свой собственный набор и местоположение недостающих фрагментов ДНК.

Профессор Аниндиа Датта (Anindya Dutta) и ее коллеги выделили ДНК из образцов ткани мозга мыши, а затем удалили линейную ДНК (состоящую из миллионов пар оснований). Полученные кольцевые ДНК были секвенированы и их структуры определены с помощью новой биоинформационной программы.

Ученые установили, что размер колец был близок к длине ДНК на нуклеосоме. Небольшой размер кольцевой ДНК удивил их, так как кольца экстрахромосомной ДНК обычно гораздо больше. Новая кольцевая ДНК отличалась и от ранее известных так называемых полидисперсных ДНК (polydispersed DNA), так как последние обычно состоят из повторяющихся последовательностей пар оснований. Еще одно интересное открытие заключалось в том, что микроДНК богаты парой оснований GC (гуанин-цитозин) при относительно небольшом количестве пар AT (аденин-тимин). Ученые повторили свои эксперименты на других тканях мышей и человеческих клетках.

Сравнив вновь открытую кольцевую ДНК с линейной хромосомной, они обнаружили, что микроДНК коррелируют с микроделециями линейной молекулы. Это соответствие позволяет предположить, что фрагменты ДНК вырезаются из генома и формируют независимые кольца. Если так, то степень мозаичности генома соматических тканей гораздо выше, чем считалось ранее, и геномная ДНК клеток данной ткани не совпадает.

В кольца, известные как плазмиды, как правило, организована бактериальная ДНК. Подобная кольцевая ДНК используется и в клонировании. (Фото: sciencephoto.com, C011/3886)

По мнению профессора Датты, данным феноменом можно объяснить определенные трудности в выявлении вызывающих заболевания аллелей. Если микроделеции произошли в ДНК клеток других тканей, а не в клетках крови, то, как следствие, секвенирование ДНК клеток крови (которые обычно и используются с этой целью) может дать ошибочные результаты. Другими словами, если, например, микроделеция в определенных клетках мозга привела к нарушению функции какого-либо гена и способствовала снижению когнитивных способностей, самое тщательное секвенирование ДНК всех клеток крови не выявит генетического виновника.

Такой сценарий может иметь важные последствия при секвенировании ДНК на аутизм или шизофрению, причиной которых считается неправильное функционирование определенных генов в клетках ткани головного мозга. Нарушениями в работе генов, в данном случае генов-супрессоров опухолей, обусловлены и многие виды рака, и в этом случае секвенирование ДНК клеток крови также не может выявить истинного положения вещей.

«Это интересное открытие», - считает Джеймс Лапски (James Lupski), генетик из Медицинского колледжа Бэйлора (Baylor College of Medicine) в Хьюстоне, не принимавший участия в этой работе. «В большинстве исследований ДНК используются клетки крови, но, если клетки других органов имеют свой собственный набор недостающих фрагментах ДНК, такой моментальный снимок генома человека может не дать полной картины».

Пока неясно, какие процессы лежат в основе образования микроДНК, но, вероятнее всего, это происходит во время репликации ДНК или при ее репарации. Возможно, что в процесс вовлечены важные для экспрессии генов нуклеосомы (субъединицы хромосом). Во всяком случае, этим можно было бы объяснять размер микроДНК, примерно совпадающий с длиной хромосомной ДНК, накрученной на гистоновые комплексы. Но, чтобы точно определить вовлеченные в образование микроДНК процессы, необходимы дополнительные исследования.

В ближайшем будущем ученые планируют перейти к изучению генома раковых клеток.

Статья об исследовании опубликована в журнале Sciencе.

По материалам

New type of extra-chromosomal DNA discovered

New Type of DNA Discovered?

Аннотация к статье Extrachromosomal MicroDNAs and Chromosomal Microdeletions in Normal Tissues

© «Открыт новый тип экстрахромосомной ДНК». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на сайт LifeSciencesToday.